Introdução
Materiais elastoméricos e plásticos exibem comportamento reológico. Reologia é o termo coletivo para fluxo e deformação. O estudo do comportamento de fluxo tipicamente emprega um reômetro capilar, um dispositivo projetado para induzir fluxo em um polímero fundido sob a influência de tensão de cisalhamento. Ao medir diretamente dois parâmetros — tensão de cisalhamento e taxa de deformação de cisalhamento — pode-se calcular a curva que descreve como a viscosidade varia com a taxa de cisalhamento; isso é conhecido como curva de viscosidade. A metodologia de medição do reômetro capilar simula de perto os processos de produção reais, oferecendo assim orientação prática direta para pesquisa, desenvolvimento e fabricação de materiais industriais. onde: α = Viscosidade de Cisalhamento (Pa·s); σ = Tensão de Cisalhamento (Pa). Viscosidade representa a resistência ao fluxo. A viscosidade depende tanto da temperatura quanto da taxa de deformação. A dependência da viscosidade em relação à taxa de deformação pode ser determinada a partir de um único lote de material em uma única corrida de teste, gerando de 8 a 10 pontos de dados em diferentes taxas. Inversamente, a determinação da dependência da temperatura da viscosidade geralmente requer a realização de múltiplos testes em várias temperaturas distintas.
Reômetro Capilar: Este instrumento é usado para medir a relação entre tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento em polímeros fundidos que fluem através de uma matriz capilar; permite a inspeção visual direta da morfologia do extrudado, possibilita a investigação da elasticidade e instabilidade do fundido variando a relação comprimento/diâmetro da matriz, e facilita a determinação de transições de fase de polímeros, entre outras aplicações. A pesquisa sobre as propriedades reológicas de polímeros não apenas fornece parâmetros de processamento ideais para operações de fabricação e fornece dados críticos para o projeto de máquinas de processamento de plásticos, mas também gera insights valiosos — como parâmetros estruturais e moleculares — que são essenciais para a seleção de materiais e modificação de matérias-primas. Além disso, este instrumento oferece uma gama mais ampla de modos de simulação de processamento e cobre um espectro mais amplo de taxas de cisalhamento.
Aplicações
Enquanto o Medidor de Índice de Fluidez (MFI) é primariamente utilizado para controle de qualidade e inspeção, o Reômetro Capilar é principalmente dedicado a fins de pesquisa e desenvolvimento.
1. Fornecimento de Dados Científicos para Estabelecimento de Processos de Produção: O processamento e a fabricação de matérias-primas plásticas são primariamente governados pelo controle de dois parâmetros chave: primeiro, temperatura; e segundo, velocidade (especificamente, a taxa de cisalhamento).
1.1 Fornecimento de Dados Relacionados à Temperatura: Ao medir curvas de fluxo em várias temperaturas, mantendo uma taxa de cisalhamento constante, pode-se derivar uma curva ilustrando como a viscosidade do material muda em resposta a flutuações de temperatura. Isso permite a determinação da sensibilidade à temperatura do material; se a inclinação da curva de fluxo-temperatura for acentuada (ou seja, exibe um gradiente significativo), indica que o material é altamente sensível a variações de temperatura. Inversamente, se a curva que descreve as mudanças de viscosidade com a temperatura for relativamente plana, indica que o material é insensível a flutuações de temperatura. Naturalmente, a curva facilita a identificação da temperatura específica na qual o fundido exibe propriedades de fluxo ideais — tornando-o adequado para processamento e produção; isso serve como base científica para o estabelecimento de processos de produção.
Para materiais cujas curvas de fluxo são altamente sensíveis à temperatura — como o nylon — manter um controle de temperatura preciso é crítico para garantir a qualidade do produto. Em contraste, para materiais que são relativamente insensíveis à temperatura, simplesmente ajustar a temperatura terá pouco impacto na qualidade do produto.
1.2 Fornecimento de Dados de Taxa de Cisalhamento: Ao medir a curva de fluxo em várias taxas de cisalhamento, mantendo uma temperatura constante, pode-se obter uma curva ilustrando como a viscosidade do material muda em resposta à taxa de cisalhamento. Materiais cuja viscosidade permanece essencialmente constante, independentemente da taxa de cisalhamento, são classificados como fluidos Newtonianos; materiais cuja viscosidade diminui à medida que a taxa de cisalhamento aumenta (um fenômeno conhecido como "afinamento por cisalhamento") são classificados como fluidos pseudoplásticos — e a maioria dos polímeros fundidos se enquadra nessa categoria de afinamento por cisalhamento.
Existe também uma terceira categoria: materiais que exibem "espessamento por cisalhamento" (viscosidade aumenta com a taxa de cisalhamento). Ao analisar o gráfico, pode-se identificar a faixa específica de taxa de cisalhamento que gera propriedades de fluxo ideais e é, portanto, mais adequada para produção e processamento. Em ambientes de produção reais, a taxa de cisalhamento é tipicamente ajustada alterando a velocidade de rotação do motor.
Portanto, é essencial prestar atenção às características de fluxo exibidas dentro da faixa específica de taxa de cisalhamento correspondente ao método de produção escolhido.
2. Fornecimento de uma Base Científica para o Desenvolvimento de Novos Materiais
2.1 Ao desenvolver novos materiais ou buscar aprimorar o desempenho dos existentes, os pesquisadores tipicamente empregam novas formulações e proporções de composição, ou incorporam cargas específicas, aditivos e agentes semelhantes na matriz do material. Para qualquer material dado — independentemente de seus componentes constituintes específicos (formulação) ou das proporções precisas desses componentes (proporção de composição) — um reômetro capilar é usado para medir sua curva de fluxo. Essa medição serve como base objetiva para avaliar o desempenho do material, determinar sua qualidade geral e verificar se ele atende às especificações exigidas. Se o desempenho do material não atender aos requisitos, os pesquisadores podem tentar melhorá-lo incorporando aditivos específicos. Ao usar o reômetro capilar para medir as curvas de fluxo *antes* e *depois* da adição de um aditivo — e subsequentemente comparando as curvas resultantes — pode-se determinar precisamente o impacto específico que cada aditivo tem nas propriedades de fluxo do material.
2.2 Para materiais do mesmo tipo, suas curvas de fluxo (viscosidade vs. taxa de cisalhamento) podem variar; alguns exibem mudanças rápidas em resposta à taxa de cisalhamento, enquanto outros mudam mais gradualmente. Por quê? Um fator significativo que contribui é provavelmente as diferenças substanciais na distribuição de peso molecular dos materiais.
Funções e Recursos do Equipamento
1. O Reômetro Capilar: Este instrumento é um reômetro capilar inteligente, controlado por computador, de pressão constante. Ele é capaz de operar em modos de pressão constante e velocidade constante, utilizando sistemas de medição baseados em computador para determinar taxas de extrusão — em várias especificações de matriz capilar e sob diferentes pressões aplicadas — em temperaturas e taxas de aquecimento variadas. Via interface de computador, a velocidade de extrusão, pressão e temperatura de aquecimento são registradas. Esses dados são processados automaticamente para calcular valores de viscosidade. Além disso, o sistema gera curvas gráficas e imprime um relatório de teste abrangente.
2. O reômetro capilar é projetado para determinar as propriedades de fluxo e taxas de cura de materiais poliméricos. Ele mede a viscosidade e a energia de ativação do fluxo viscoso de polímeros fundidos, e também pode ser utilizado para investigar parâmetros de processo para aplicações de fiação de fusão.
3. O reômetro capilar é capaz de determinar vários parâmetros de desempenho de polímeros, incluindo pontos de amolecimento, pontos de fusão, pontos de fluxo, viscosidade e energia de ativação do fluxo viscoso, bem como as temperaturas de cura de materiais termofixos.
4. O sistema de controle de temperatura e a metodologia de controle apresentam desempenho superior, facilitando a medição de mudanças em materiais poliméricos — e suas propriedades associadas — em uma faixa de temperaturas. O instrumento é controlado por computador; ele plota curvas de teste em tempo real, exibindo visualmente mudanças dinâmicas durante o teste, e gera dados com base em equações como Hagen-Poiseuille, Rabinowitsch e Taxa de Fluidez do Fundido (MFR).
5. O reômetro capilar emprega um mecanismo de aplicação de carga com um design racional. Sob controle de computador, ele executa aplicação de carga contínua com alta precisão e excelente estabilidade. O instrumento pode plotar curvas de tensão-deformação e curvas de plastificação para materiais poliméricos, bem como determinar as temperaturas correspondentes aos pontos de amolecimento, fusão e fluxo. Finalmente, ele gera curvas gráficas e imprime um relatório de teste completo.
Funções e Métodos de Teste
1. Teste de Taxa de Cisalhamento Constante: Capaz de determinar curvas de tensão de cisalhamento vs. taxa de cisalhamento, bem como curvas de viscosidade de cisalhamento vs. taxa de cisalhamento.
2. Teste de Cisalhamento sob Pressão Constante: Capaz de determinar curvas de viscosidade de cisalhamento vs. taxa de cisalhamento.
3. Teste de Taxa de Cisalhamento em Etapas: Permite a configuração de várias taxas de cisalhamento; capaz de determinar curvas de tensão de cisalhamento vs. taxa de cisalhamento e curvas de viscosidade de cisalhamento vs. taxa de cisalhamento. Além disso, durante o experimento, ele permite a avaliação de condições de fratura do fundido, bem como a determinação da pressão mínima de fluxo e taxa de cisalhamento do fundido, com base em mudanças observadas nas curvas.
3.1 Fluxo/Sem Fluxo Teste: Determina a relação entre viscosidade e temperatura, permitindo a determinação precisa da temperatura mínima de fluxo.
3.2 Fratura do Fundido e Instabilidade de Fluxo: Investiga fenômenos de instabilidade de fluxo, incluindo fratura do fundido e ruptura do fundido.
4. Teste de Rampa de Temperatura: Determina a variação na viscosidade do fundido à medida que a temperatura aumenta.
5. Teste de Rampa de Temperatura sob Pressão Constante: Mede o ponto de amolecimento do material.
Padrões de Teste Aplicáveis
GB/T 25278-2010: *Plásticos — Determinação da fluidez de plásticos usando reômetros capilares e de matriz de fenda*
HG/T 4300-2012: *Determinação de propriedades reológicas de borracha — Método de reômetro capilar tipo pistão*
ISO 11443-2021: *Plásticos — Determinação da fluidez de plásticos usando reômetros capilares e de matriz de fenda*
ISO 17744-2004: *Plásticos — Determinação da fluidez de plásticos usando reômetros capilares e de matriz de fenda*
ASTM D3835-16: *Método de Teste Padrão para Determinação de Propriedades de Materiais Poliméricos por Meio de Reômetro Capilar*
ASTM D5099-08: *Método de Teste Padrão para Propriedades de Mistura e Processamento de Borracha Usando Reômetro Capilar*
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